我国平板玻璃电气自动化发展现状及趋势分析 自动化 玻璃
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发表时间：2020-02-02
我国是世界最大的平板玻璃生产国，目前约占全球产量的40%。全国共有平板玻璃企业240多家，至2008年底全国共有153条浮法玻璃生产线，浮法玻璃占平板玻璃总量的 84.56%。随着我国平板玻璃产能的快速增长，国内市场竞争加剧；我国浮法生产技术和装备水准的提高，对电气自动化设备控制精度、可靠性也提出了较高的要求。
随着我国玻璃工业走向国际化，对电气自动化产品和技术也提出了国际化的要求。一方面，国内浮法玻璃企业承接国外玻璃项目，国外用户会对自动化产品提出国际化的要求；另一方面，国外玻璃企业在我国投资设厂，带来了国际上先进的电气自动化设备和技术，为国内玻璃企业提高电气自动化设备和水准提供了示范样板。
我国的浮法玻璃生产技术和电气自动化水准已经有了较大的提高。从原料、熔制、成形、退火、冷端各工序的电气自动化现状进行分析。
原料配置目前高级玻璃的配料成套技术多採用国外的技术，着名的国外成套供应商有德国EME公司、ZIP公司和芬兰RautePrecision公司，多用于高端的玻璃生产线。例如：洛玻的超薄玻璃线和浙江巨石的玻纤线，採用了EME的技术和西门子的控制设备；南玻、台玻、明达、福耀等多条浮法线採用了芬兰RautePrecision公司的技术。这些技术和设备均符合欧洲、美洲、国际电工的认证标准，所以得以顺利在全球推广、销售。这些技术在我国的使用，极大地提高了浮法玻璃的配比品质，提高了产品等级。当然，随着我国自主研发水平的进步，原料输送、储存、称量、混合、控制和品质监控的整体电气自动化技术和设备已经接近世界水准。据瞭解，我国自主开发的电子称重系统的动态精度达到1/1000以上，静态精度达到1/2000以上，已经在国内外的一些浮法线上使用。
三大热工设备（即熔窑、锡槽、退火工段）
控制系统现在多採用的控制系统有西门子的PCS7和PLC系统；EMERSON属下原Fisher-Rosemount的DeltaV系统；ABB的Infi90、Freelance2000、Indus-triallT (AC800F); Honeywell的TDC3000、TPS；Foxboro的I/ASeries等；国产的DCS为Hollysys的HS1000、HS2000、MACS、MACS SmartPro (FCS)。随着现场匯流排技术的快速发展。我国匯流排标准委员会于2002年批准了Profibus-DP是我国的行业设计标准，2006年11月批准ProfiNet匯流排为我国匯流排标准。这为匯流排技术在我国的普及和推广提供了技术依据和设计标准依据，必将极大地推动我国控制系统在匯流排上的应用，也提高了系统的可靠性和资料互换性。同时，也对我国其他电气自动化产品的匯流排界面提供了匯流排标准，有利于产品的匯流排相互通讯，提高了电气自动化产品的智慧性。目前国产的电气自动化产品很少具有匯流排通讯介面，应该加强这方面的技术进步。同时，有些自动化公司基于自己的DCS系统，开发了针对玻璃生产要求的控制系统软体，做得较好的有西门子PCS7系统，专门开发有集成于PCS7的玻璃控制、分析、诊断软体，使得PCS7在全球的玻璃生产线上得以普及使用。
目前，就玻璃工艺工程数学模型与仿真优化控制软体而言，特别是玻璃熔窑的专家控制软体，国内外专家都在积极研发。玻璃熔窑不仅是玻璃生产的关键部位，同时也是能耗最大的部分。通过专家控制软体的应用，对提高窑炉的熔化率、提高玻璃质量、延长熔龄、降低能耗、减少二氧化硫的排放都有着重要意义。实现最佳的燃烧控制是各生产厂家借助于先进的DCS系统所追求的一个目标。它不仅有良好的经济效益，也有巨大的社会效益。在这方面国外的一些厂家起步早，做得较好。如捷克的GS公司、荷兰的TNO玻璃集团、德国的UAS公司、STG公司等。它们在国外的浮法生产线上都有成功应用的实例。捷克的GS公司的ESIII专家控制已在洛玻集团的一条电子玻璃生产线取了成功的应用，控制效果显着。国内的厂家目前已认识到这方面产生的效益，多个厂家已开始了这方面的应用探索。这是一个非常好的开端，以后各玻璃生产厂家必将由现在的注重硬体装备转变为软硬体并重。
电加热在锡槽和退火窑上需要使用电加热，也就需要使用电加热控制器、干式变压器及加热元件等。目前，在高可靠性、高精度要求下，使用的电源调功器产品多为德国AEG电源系统公司的Thyro-P或Thyro-A产品。AEG调功器在我国众多浮法玻璃线中得到了成功使用和验证，以其良好的、独特的控制特性及高可靠性、高精度，赢得了广泛赞誉。随着其独资企业——皓尚（北京）电源系统有限公司的成立，将全权负责德国AEG电源系统公司调功器产品在我国的销售、服务、技术支援、培训、维修等业务。国产调功器产品有很多，但良莠不齐。值得一提的是，有些浮法玻璃厂商为了图便宜，一味使用质次架低的调功器产品，有时调功器的不可靠造成产品的品质受到影响，可以说是得不偿失。目前国内调功器产品的缺点是易击穿、精度低、可靠性差、没有匯流排通讯等。干式变压器总体来说，不太令人满意，主要体现在精度低、磁通量较高、谐波多、体积大等。
全自动拉边机这种装备目前已实现了国产化，国内已有两三个厂家能够量化生产，其控制精度及设备的整机稳定性比初期已有很大的提高。如洛玻集团西科玻璃自控装备有限公司生产的全自动悬挂式全自动拉边机已装备了多条国内高档浮法玻璃及电子玻璃生产线并实现了出口。它採用机械部分在国内加工，控制系统多採用西门子的PLC和TP触摸屏进行全自动控制，其整机自动化程度和控制精度已完全替代了进口产品。全自动拉边机的使用大大地提高了玻璃成型工段的生产效率，提高了玻璃的品质和生产稳定性。这一点在大吨位浮法玻璃生产线上表现得尤为明显。
锡液搅拌装置和扒渣机这种装置主要是利用直线电机所产生的电磁力来推动锡槽中的锡液按预先规定方向缓慢流动，均衡搅拌锡槽中的锡液温度；从而使得锡槽里的高温区域的锡液与低温区域锡液的温度保持均匀一致，减少了锡液中的温度差，消除了玻璃的厚薄不均和翘曲现象；使得玻璃成型后的平整均匀，从而提高玻璃的成型品质。扒渣机则在专用设计的挡灰设施作用下，将锡液表面的锡灰集中在出灰口而扒出。这两种装备的使用，大大减少了玻璃在成型时的缺陷，提高了成品率，它已经成为现代浮法玻璃线的必配装置。国内主要的直线电机和扒渣机供应商有洛玻集团洛阳西科玻璃自控装备有限公司和秦皇岛玻璃工业研究设计院秦海窑业公司等。
工业监控和变送器目前高端浮法线锡槽内部的工况监控多採用国外的高精度内窥式摄像头，如德国SVA公司的内窥式监控系统在国内多条浮法线上应用效果很好。它与全自动拉边机相互配合使用，能够很好地监视拉边机头的压边及运转情况，同样也能很好地观察槽内玻璃带的状况。国内也有一些公司生产内窥式摄像头，但它们在浮法玻璃生产应用的可靠性方面有待于进一步观察。变送器包括压力、流量、分析仪和温度等，目前使用的压力和流量变送器多採用国外的变送器，特别是微差压的测量。例如：Rosemount、Yokowaga、Siemens等公司的产品；氧量分析仪国内、国外均有生产，国内的一般也能满足要求；温度感测器多採用国内的热电偶，精度和可靠性均可满足要求。但是国内的变送器在通讯和智慧化方面仍需改进，以满足将来匯流排和高精度的要求。
低压电器现在大多数浮法玻璃生产线使用的低压电器为ABB、Siemens、Schneider等国外着名公司的产品，这些产品大部分已经在国内组装或生产，价位适中。当然，国内的许多低压电器产品品质也已得到极大地改善和提高，相信会有机会得到大量的使用。电器柜国外需要CE或UL认证，所以出口的专案，一定要使用符号要求的产品，避免麻烦。目前，上海威图柜和苏州施耐德柜有CE认证，可以使用。
冷端设备冷端是整个浮法玻璃生产自动化程度最高的工段。在现代浮法玻璃的生产中，要求冷端工段能实现线上玻璃缺陷自动检测、打标、优化切割、跑偏跟踪、速度提升、多规格的纵分、自动转向和自动堆垛。碎玻璃系统实现供料、给料的全自动连锁控制，确保碎玻璃不落地。
自动缺陷检测系统在电脑控制下以图像识别与处理技术对玻璃带进行连续的全自动缺陷检测，并对缺陷进行分类标识。该系统与自动打标设备通讯，打标机可根据其对玻璃的判灯信号，在玻璃板表面喷上相应的玻璃等级标志。自动缺陷检测系统与切割控制系统连接，可实现切割控制系统对玻璃板的优化切割控制，提高成品率。切割控制系统具有人机界面及上位控制系统，主要对测量、纵切、横切、横掰加速及掰边等控制系统进行协调控制与管理。切割压力无极调节，很好地适应多种厚度玻璃的切割。在这一领域具有整套先进技术和装备的当属德国格林策巴赫（Grenzebach）公司。目前国内多条新建高端浮法玻璃生产线冷端整套引进该公司的技术和设备，功能完善、自动化程度很高，设备的稳定性可靠性也很高，大量地压缩了冷端工段的生产人员，提高了产品品质和总的成品率。当然不少厂家则选择自动缺陷检测系统、打标机及横切割机採用引进设备，其余设备进行国内配套，这有利于压缩建设投资并保证相当的先进性。
随着国内浮法玻璃工业的长足发展，近年来国内的设备制造商在冷端设备的制造中进步很快，从自动缺陷检测装备到最末端的自动堆垛设备都有较好的国产化设备，部分设备已实现了出口。但这些装备分散在不同的厂家中，各加有各家的优势。就单机设备而言，如含原板宽度、断板检测及测长髮讯装置的玻璃线上切割设备，其切割精度和自动控制已达到国际领先水准；立式、水准式大中板玻璃堆垛机的定位精度、堆垛规格、堆垛週期都能满足多种厚度玻璃生产的要求。
随着我国玻璃工业走向国际化，对电气自动化产品和技术也提出了国际化的要求。一方面，国内浮法玻璃企业承接国外玻璃项目，国外用户会对自动化产品提出国际化的要求；另一方面，国外玻璃企业在我国投资设厂，带来了国际上先进的电气自动化设备和技术，为国内玻璃企业提高电气自动化设备和水准提供了示范样板。
我国的浮法玻璃生产技术和电气自动化水准已经有了较大的提高。从原料、熔制、成形、退火、冷端各工序的电气自动化现状进行分析。
原料配置目前高级玻璃的配料成套技术多採用国外的技术，着名的国外成套供应商有德国EME公司、ZIP公司和芬兰RautePrecision公司，多用于高端的玻璃生产线。例如：洛玻的超薄玻璃线和浙江巨石的玻纤线，採用了EME的技术和西门子的控制设备；南玻、台玻、明达、福耀等多条浮法线採用了芬兰RautePrecision公司的技术。这些技术和设备均符合欧洲、美洲、国际电工的认证标准，所以得以顺利在全球推广、销售。这些技术在我国的使用，极大地提高了浮法玻璃的配比品质，提高了产品等级。当然，随着我国自主研发水平的进步，原料输送、储存、称量、混合、控制和品质监控的整体电气自动化技术和设备已经接近世界水准。据瞭解，我国自主开发的电子称重系统的动态精度达到1/1000以上，静态精度达到1/2000以上，已经在国内外的一些浮法线上使用。
三大热工设备（即熔窑、锡槽、退火工段）
控制系统现在多採用的控制系统有西门子的PCS7和PLC系统；EMERSON属下原Fisher-Rosemount的DeltaV系统；ABB的Infi90、Freelance2000、Indus-triallT (AC800F); Honeywell的TDC3000、TPS；Foxboro的I/ASeries等；国产的DCS为Hollysys的HS1000、HS2000、MACS、MACS SmartPro (FCS)。随着现场匯流排技术的快速发展。我国匯流排标准委员会于2002年批准了Profibus-DP是我国的行业设计标准，2006年11月批准ProfiNet匯流排为我国匯流排标准。这为匯流排技术在我国的普及和推广提供了技术依据和设计标准依据，必将极大地推动我国控制系统在匯流排上的应用，也提高了系统的可靠性和资料互换性。同时，也对我国其他电气自动化产品的匯流排界面提供了匯流排标准，有利于产品的匯流排相互通讯，提高了电气自动化产品的智慧性。目前国产的电气自动化产品很少具有匯流排通讯介面，应该加强这方面的技术进步。同时，有些自动化公司基于自己的DCS系统，开发了针对玻璃生产要求的控制系统软体，做得较好的有西门子PCS7系统，专门开发有集成于PCS7的玻璃控制、分析、诊断软体，使得PCS7在全球的玻璃生产线上得以普及使用。
目前，就玻璃工艺工程数学模型与仿真优化控制软体而言，特别是玻璃熔窑的专家控制软体，国内外专家都在积极研发。玻璃熔窑不仅是玻璃生产的关键部位，同时也是能耗最大的部分。通过专家控制软体的应用，对提高窑炉的熔化率、提高玻璃质量、延长熔龄、降低能耗、减少二氧化硫的排放都有着重要意义。实现最佳的燃烧控制是各生产厂家借助于先进的DCS系统所追求的一个目标。它不仅有良好的经济效益，也有巨大的社会效益。在这方面国外的一些厂家起步早，做得较好。如捷克的GS公司、荷兰的TNO玻璃集团、德国的UAS公司、STG公司等。它们在国外的浮法生产线上都有成功应用的实例。捷克的GS公司的ESIII专家控制已在洛玻集团的一条电子玻璃生产线取了成功的应用，控制效果显着。国内的厂家目前已认识到这方面产生的效益，多个厂家已开始了这方面的应用探索。这是一个非常好的开端，以后各玻璃生产厂家必将由现在的注重硬体装备转变为软硬体并重。
电加热在锡槽和退火窑上需要使用电加热，也就需要使用电加热控制器、干式变压器及加热元件等。目前，在高可靠性、高精度要求下，使用的电源调功器产品多为德国AEG电源系统公司的Thyro-P或Thyro-A产品。AEG调功器在我国众多浮法玻璃线中得到了成功使用和验证，以其良好的、独特的控制特性及高可靠性、高精度，赢得了广泛赞誉。随着其独资企业——皓尚（北京）电源系统有限公司的成立，将全权负责德国AEG电源系统公司调功器产品在我国的销售、服务、技术支援、培训、维修等业务。国产调功器产品有很多，但良莠不齐。值得一提的是，有些浮法玻璃厂商为了图便宜，一味使用质次架低的调功器产品，有时调功器的不可靠造成产品的品质受到影响，可以说是得不偿失。目前国内调功器产品的缺点是易击穿、精度低、可靠性差、没有匯流排通讯等。干式变压器总体来说，不太令人满意，主要体现在精度低、磁通量较高、谐波多、体积大等。
全自动拉边机这种装备目前已实现了国产化，国内已有两三个厂家能够量化生产，其控制精度及设备的整机稳定性比初期已有很大的提高。如洛玻集团西科玻璃自控装备有限公司生产的全自动悬挂式全自动拉边机已装备了多条国内高档浮法玻璃及电子玻璃生产线并实现了出口。它採用机械部分在国内加工，控制系统多採用西门子的PLC和TP触摸屏进行全自动控制，其整机自动化程度和控制精度已完全替代了进口产品。全自动拉边机的使用大大地提高了玻璃成型工段的生产效率，提高了玻璃的品质和生产稳定性。这一点在大吨位浮法玻璃生产线上表现得尤为明显。
锡液搅拌装置和扒渣机这种装置主要是利用直线电机所产生的电磁力来推动锡槽中的锡液按预先规定方向缓慢流动，均衡搅拌锡槽中的锡液温度；从而使得锡槽里的高温区域的锡液与低温区域锡液的温度保持均匀一致，减少了锡液中的温度差，消除了玻璃的厚薄不均和翘曲现象；使得玻璃成型后的平整均匀，从而提高玻璃的成型品质。扒渣机则在专用设计的挡灰设施作用下，将锡液表面的锡灰集中在出灰口而扒出。这两种装备的使用，大大减少了玻璃在成型时的缺陷，提高了成品率，它已经成为现代浮法玻璃线的必配装置。国内主要的直线电机和扒渣机供应商有洛玻集团洛阳西科玻璃自控装备有限公司和秦皇岛玻璃工业研究设计院秦海窑业公司等。
工业监控和变送器目前高端浮法线锡槽内部的工况监控多採用国外的高精度内窥式摄像头，如德国SVA公司的内窥式监控系统在国内多条浮法线上应用效果很好。它与全自动拉边机相互配合使用，能够很好地监视拉边机头的压边及运转情况，同样也能很好地观察槽内玻璃带的状况。国内也有一些公司生产内窥式摄像头，但它们在浮法玻璃生产应用的可靠性方面有待于进一步观察。变送器包括压力、流量、分析仪和温度等，目前使用的压力和流量变送器多採用国外的变送器，特别是微差压的测量。例如：Rosemount、Yokowaga、Siemens等公司的产品；氧量分析仪国内、国外均有生产，国内的一般也能满足要求；温度感测器多採用国内的热电偶，精度和可靠性均可满足要求。但是国内的变送器在通讯和智慧化方面仍需改进，以满足将来匯流排和高精度的要求。
低压电器现在大多数浮法玻璃生产线使用的低压电器为ABB、Siemens、Schneider等国外着名公司的产品，这些产品大部分已经在国内组装或生产，价位适中。当然，国内的许多低压电器产品品质也已得到极大地改善和提高，相信会有机会得到大量的使用。电器柜国外需要CE或UL认证，所以出口的专案，一定要使用符号要求的产品，避免麻烦。目前，上海威图柜和苏州施耐德柜有CE认证，可以使用。
冷端设备冷端是整个浮法玻璃生产自动化程度最高的工段。在现代浮法玻璃的生产中，要求冷端工段能实现线上玻璃缺陷自动检测、打标、优化切割、跑偏跟踪、速度提升、多规格的纵分、自动转向和自动堆垛。碎玻璃系统实现供料、给料的全自动连锁控制，确保碎玻璃不落地。
自动缺陷检测系统在电脑控制下以图像识别与处理技术对玻璃带进行连续的全自动缺陷检测，并对缺陷进行分类标识。该系统与自动打标设备通讯，打标机可根据其对玻璃的判灯信号，在玻璃板表面喷上相应的玻璃等级标志。自动缺陷检测系统与切割控制系统连接，可实现切割控制系统对玻璃板的优化切割控制，提高成品率。切割控制系统具有人机界面及上位控制系统，主要对测量、纵切、横切、横掰加速及掰边等控制系统进行协调控制与管理。切割压力无极调节，很好地适应多种厚度玻璃的切割。在这一领域具有整套先进技术和装备的当属德国格林策巴赫（Grenzebach）公司。目前国内多条新建高端浮法玻璃生产线冷端整套引进该公司的技术和设备，功能完善、自动化程度很高，设备的稳定性可靠性也很高，大量地压缩了冷端工段的生产人员，提高了产品品质和总的成品率。当然不少厂家则选择自动缺陷检测系统、打标机及横切割机採用引进设备，其余设备进行国内配套，这有利于压缩建设投资并保证相当的先进性。
随着国内浮法玻璃工业的长足发展，近年来国内的设备制造商在冷端设备的制造中进步很快，从自动缺陷检测装备到最末端的自动堆垛设备都有较好的国产化设备，部分设备已实现了出口。但这些装备分散在不同的厂家中，各加有各家的优势。就单机设备而言，如含原板宽度、断板检测及测长髮讯装置的玻璃线上切割设备，其切割精度和自动控制已达到国际领先水准；立式、水准式大中板玻璃堆垛机的定位精度、堆垛规格、堆垛週期都能满足多种厚度玻璃生产的要求。
